Mô phỏng Sinh học Lớp 12

Nhiều quần thể cùng kích thước N, cùng tần số alen A ban đầu p₀; mỗi thế hệ, 2N alen của thế hệ con được rút ngẫu nhiên từ vốn gene của thế hệ trước (không chọn lọc, không đột biến). Đồ thị vẽ tần số alen của từng quần thể, phân bố p giữa các quần thể và độ dị hợp trung bình so với đường kì vọng H₀(1 − 1/2N)ᵗ. Học sinh đổi N, gây thắt cổ chai hoặc lập quần thể mới từ vài cá thể sáng lập để thấy alen bị cố định hoặc mất đi chỉ do ngẫu nhiên.

Bảng Punnett hai cặp gene với giao tử và tần số của từng bố mẹ, ô tô màu theo kiểu hình, tỉ lệ kiểu gene – kiểu hình tính tự động (9:3:3:1 khi phân li độc lập). Chuyển sang liên kết gene với tần số hoán vị f: giao tử liên kết (1−f)/2, giao tử hoán vị f/2, tỉ lệ đời con thay đổi theo f và kiểu dị hợp đều/chéo. Học sinh đổi kiểu gene bố mẹ, kéo f, lai ngẫu nhiên 100 cá thể để so sánh thực nghiệm với lí thuyết.

Một quần thể chuột bị rào cản địa lí (sông, dãy núi hoặc biển) chia làm hai. Mỗi bên có nền đất khác màu nên chọn lọc tự nhiên đẩy màu lông về hai hướng, cộng thêm đột biến và phiêu bạt di truyền. Theo dõi màu lông trung bình, khoảng cách di truyền và tỉ lệ cặp còn giao phối được qua các thế hệ; gỡ rào cản để thử xem hai quần thể còn lai với nhau hay đã thành hai loài. Đường đối chứng cho biết điều gì xảy ra khi không có rào cản.

Quần thể chim sẻ đất có độ sâu mỏ biến thiên liên tục và một phần di truyền được (hệ số di truyền h²). Khi hạn hán, hạt nhỏ mềm cạn kiệt, chỉ còn hạt to cứng nên chim mỏ sâu dễ sống sót hơn; biểu đồ tần suất cho thấy nhóm sống sót, chênh lệch chọn lọc S, và thế hệ con dịch chuyển một đoạn R ≈ h²S. Học sinh đổi h², cường độ chọn lọc, cho mưa trở lại và theo dõi trung bình độ sâu mỏ qua các thế hệ.

Quần thể bướm đậu trên thân cây: kiểu gene AA, Aa cho cánh sẫm, aa cho cánh sáng, mỗi kiểu gene có giá trị thích nghi riêng (tỉ lệ sống sót đến khi sinh sản). Mỗi thế hệ cá thể bị loại theo độ thích nghi, alen được truyền lại, đột biến A ⇄ a với tần số nhỏ; đồ thị tần số alen qua thế hệ so với đường lí thuyết Δp. Học sinh kéo các giá trị thích nghi, đổi màu vỏ cây (đảo chiều chọn lọc) và quan sát alen có lợi tăng dần.

Ba chuyên đề học tập của Sinh học 12 trong một mẫu, chọn bằng tham số chuyên đề. Sinh học phân tử: chạy phản ứng PCR theo chu kì biến tính 95 °C – bắt cặp 55 °C – kéo dài 72 °C, số bản sao DNA tăng theo 2ⁿ và hiện lên bản điện di. Kiểm soát sinh học: thả thiên địch vào ruộng để khống chế sâu hại, so sánh với cách phun thuốc trừ sâu khi sâu kháng thuốc. Sinh thái nhân văn: chọn lối sống về ăn uống, đi lại và dùng điện để tính dấu chân sinh thái theo hecta toàn cầu và số Trái Đất cần có.

Chỉnh sửa một nucleotide trên mạch gốc: thay thế, thêm hoặc mất. Mô phỏng phiên mã – dịch mã lại rồi so chuỗi amino acid mới với chuỗi gốc, phân loại đột biến thành đồng nghĩa, sai nghĩa, vô nghĩa hay dịch khung và giải thích vì sao thêm/mất một nucleotide lại nguy hiểm hơn thay thế.

Quần thể ngẫu phối với hai alen A, a: tần số kiểu gene p², 2pq, q² được tính và vẽ mỗi thế hệ cùng đám cá thể minh hoạ. Khi không có chọn lọc và quần thể lớn, tần số alen không đổi qua các thế hệ (cân bằng Hardy–Weinberg); bật chọn lọc chống kiểu hình lặn hoặc giảm kích thước quần thể để thấy tần số alen thay đổi có hướng hoặc dao động ngẫu nhiên và có thể mất hẳn một alen.

Lắp RNA polymerase, ribosome và các yếu tố điều hoà lên đoạn DNA để tạo mRNA rồi tổng hợp protein. Học sinh chỉnh mức biểu hiện của từng gene và xem tế bào tạo ra bao nhiêu protein tương ứng. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Thả một quần thể thỏ vào môi trường rồi thêm yếu tố chọn lọc như sói hoặc nguồn thức ăn hạn chế. Học sinh bật các đột biến về màu lông, chiều dài tai, răng và theo dõi biểu đồ tỉ lệ kiểu hình qua nhiều thế hệ. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Từ mạch mã gốc của gene, RNA polymerase tổng hợp mRNA từng nucleotide theo nguyên tắc bổ sung (A–U, T–A, G–C, C–G); ribosome sau đó đọc từng codon từ AUG, tRNA mang amino acid tương ứng theo bảng mã di truyền chuẩn cho tới codon kết thúc. Học sinh bấm từng bước, bấm vào một nucleotide để gây đột biến thay thế, thêm hoặc mất cặp nucleotide và so sánh chuỗi polypeptide trước – sau (đồng nghĩa, sai nghĩa, vô nghĩa, dịch khung).

Năng lượng mặt trời được sinh vật sản xuất cố định rồi truyền qua các bậc dinh dưỡng; ở mỗi bậc phần lớn năng lượng mất qua hô hấp, nhiệt, chất thải, chỉ khoảng 10% chuyển lên bậc kế tiếp nên tháp năng lượng luôn có đáy rộng. Học sinh đổi số bậc, hiệu suất sinh thái, chuỗi thức ăn (đồng cỏ, ao hồ), bấm từng bậc để xem năng lượng vào – mất – truyền, và quan sát dòng carbon quay vòng qua quang hợp, tiêu thụ, phân giải, hô hấp và đốt nhiên liệu hoá thạch.

Quần thể thỏ tăng trưởng theo mô hình logistic dN/dt = rN(1 − N/K) hướng tới sức chứa K của môi trường; khi có cáo, hai quần thể dao động lệch pha theo mô hình Lotka–Volterra: thỏ tăng → cáo tăng → thỏ giảm → cáo giảm. Đồng cỏ hiển thị mật độ hai loài, đồ thị số lượng theo thời gian và đồ thị pha; học sinh thả thêm thỏ hoặc cáo, đổi r, K, hiệu quả săn mồi và quan sát điểm cân bằng.

Hai gene trên cùng một nhiễm sắc thể: kéo khoảng cách giữa chúng để đổi tần số hoán vị, xem tỉ lệ bốn loại giao tử (hai giao tử liên kết chiếm ưu thế, hai giao tử hoán vị luôn bằng nhau và chiếm f/2 mỗi loại). Từ tỉ lệ giao tử đọc ngược ra khoảng cách theo centiMorgan.